JPS6355359A

JPS6355359A - エンジン吸気温度の制御装置

Info

Publication number: JPS6355359A
Application number: JP61196795A
Authority: JP
Inventors: Toru Kosuda; 小須田　通; Yasuo Kondo; 近藤　靖男; Toshihiko Ito; 猪頭　敏彦; Kenji Oshima; 健司大島; Tatsuyoshi Shiyuku; 珠玖　達良; Shigetomi Kobayashi; 小林　茂富
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1986-08-22
Filing date: 1986-08-22
Publication date: 1988-03-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はエンジン吸気温度の制御装置に関し、特にディ
ーぜルエンジンの暖房装置に使用して好適なエンジン吸
気温度の制御装置に関する。

［従来の技術］現在ガソリンエンジン車の車両暖房は、安全性と効率性
の観点より温水式ヒータが主流となっている。温水式ヒ
ータはエンジンで熱交換して昇温した冷却水をヒータコ
アに供給して、全肉に導入する空気を加温するものであ
る。

ところで、ディーゼルエンジンにおいては吸入空気量は
負荷の軽重に無関係にほぼ一定であり、出力調整は専ら
供給燃料量の増減により行なっている。したがって、軽
負荷運転時には燃費が良いことともあいまってシリンダ
内温度が充分高くなら゛ず、冷却水の加温が不充分とな
る。

そこで、バス等の大型車両では、従来、燃料の一部を燃
焼せしめて室内導入空気を加温する燃焼式ヒータを設け
ている。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、上記燃焼式ヒータは燃費が悪化するのは
もちろん、コストも高く、しかも小型車に搭載するのは
困難であるという間ｍ点がある。

本発明はかかる問題点に鑑み、特にディーゼルエンジン
車において、安価で、燃費の悪化もなく、かつ小型車に
も設置可能な温水式ヒータを実現できるエンジン吸気温
度の制御３１１装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］本発明の構成を第１図で説明すると、制御装置は熱交換
器４と制御手段７を具備している。熱交５換器４はディ
ーゼルエンジン１への吸気と該ディーゼルエンジン１か
らの排気を熱交換室を介して流通せしめて、排気熱によ
り上記吸気を加温する。

制御手段７は上記ディーゼルエンジン１の負荷が小さい
場合には上記吸気および排気を上記熱交換室へ流通せし
め、ディーゼルエンジン１の負荷が大きい場合には上記
吸気および排気のいずれかの熱交換器への流通を停止す
る。

［効果］上記構成の制御装置によれば、エンジン冷却水の昇温が
不充分になり勝ちなディーゼルエンジンの低負荷運転時
にはエンジン吸気を熱交換器に流通せしめ、該熱交換器
を流通するエンジン排気の熱により上記吸気を加温する
ようになしたから、エンジンのシリンダ内温度は充分に
上昇し、これによりエンジン冷却水の速やかな加温がな
される。

かくして、エンジンの低負荷運転時にも充分な車両暖房
が可能となる。

本発明は車外に放出していた排気熱の一部を利用するも
のであるから、暖房用に燃料を消費することはなく、燃
費を悪化廿しめることがない。

また、本発明はディーゼルエンジン近傍に熱交換器を設
けるのみで小型かつ安価に実現できる。

［実施例］第１図において、ディーゼルエンジン１の吸気マニホー
ルド１１にはエアクリーナ５より至る吸気管２が接続さ
れ、一方、排気マニホールド１２には排気管３との間に
熱交換器４が接続しである。

熱交換器４は同心二車管よりなる公知の向流型熱交換器
であり、その内管４１が上記排気マニホールド１２と排
気管３の間に接続しである。吸気管２からは途中バイパ
ス管２１が分岐せしめており、該バスパス管２１は上記
熱交換器４の外管４２に接続されてこれと連通し、再び
吸気管２の下流側に戻っている。そして、上記バイパス
管２１の下流側開口にはこれと吸気管２を選択的に開閉
する切換弁６が設けである。

上記切換弁６はアクチュエータ６１により作動せしめら
れ、該アクチュエータ６１には制御手段たるコンピュー
タ７により開閉信号が送出される。

図中、８１は吸気温センサ、８２は水温センサ、８３は
エンジン回転数検出センサ、８４はアクセル開度センサ
、８５は大気温センサであり、これら各センサは上記コ
ンピュータ７に入力接続されている。またコンピュータ
７には回路の排気温センサが接続しである。なお、上記
エンジン回転数センサ８３はエンジンと一体回転する歯
車８３１の回転歯の通過を検出するものでおる。

切換弁６が開放状態（図示の状態）ではバイパス管２１
が導通し、吸気は熱交換器４の内管４１と外管４２間を
通ってエンジン１に供給される。

吸気は上記熱交換器４を流通する際に内管４１内を流通
する高温の排気により加温される。切換弁６の閉鎖時に
は吸気はバイパス管２１を通ることなくエンジン１に直
接供給される。

加温された吸気が供給されるとエンジン１のシリンダ内
温度は急速に上昇する。エンジン冷却水に伝達される熱
但はシリング内温度と冷却水温度の差にほぼ比例するか
ら、冷却水は急速に温められる。

コンピュータ７は以下の各条件が全て満足された場合に
のみ切換弁６を開放する。

（１）エンジン負荷が設定値以下（２）エンジン回転数が設定値以下（３）冷却水温が上限値以下（４）排気温か上限値以下（５）吸気温が上限値以下エンジン負荷の大小はアクセル開度により検出する。エ
ンジン負荷が小さい場合には前述の如く冷却水の加温が
不充分となるため切換弁６を開放する。一方、エンジン
負荷が大きい場合には吸気の加熱を行なうと、熱膨張に
よりエンジン１に供給される吸気量（重量）は減少する
から未燃分が増加し、出力の低下および排出スモーク濃
度の上昇を生じる。そこでこの場合には切換弁６を閉じ
る。　エンジン回転数については、回転数が増大すると
これに伴なってシリンダ内温度は急上昇するから、吸気
を加熱することなく充分な冷却水温の上昇が図られ、し
たがって、この場合にも切換弁６は閉じられる。

上記条件（３）〜（５）はいずれも安全上の観点より設
けるものでおり、冷却水温が高い場合にはエンジンのオ
ーバヒートを防止するために、また排気温があまりに高
い場合には吸気音の過昇を防止するためにそれぞれ切換
弁６を閉じ、ざらに吸気音が過度に上昇した場合にも切
換弁６を閉じる。

上８ｉ実施例において、大気温を検知したのは大気温が
非常に低い場合には冷却水温の上昇が遅いので、切換弁
６を開放する上記条件（１）、（２）の各設定値を上方
へ移動して切換弁６の開放時間を長くするものである。

以上の如く、本発明によれば、車外に放出していた排気
熱の一部を吸気へ還流せしめて冷却水を加温するから、
暖房用に燃料を消費することがなく、投首容易で小型か
つ安価である。

なお、上記実施例において、切換弁６の開放条件のうち
（２）〜（５〉特には必要としない。

第２図には本発明の他の実施例を示す。図において、熱
交換器４は排気管３に設けたバイパス管３１に取付けて
おる。すなわら、熱交換器４は内管４１が上記バイパス
管３１に接続してあり、外管４２には吸気管２が連通し
ている。そして、切換弁６はバイパス管３１の上流側開
口に設けである。

本実施例の如く熱交換器４内への排気の流通を制御する
ようになしても上記実施例と同様の効果がある。

上記各実施例では公知の二重管熱交換器を使用したが、
以下に説明する熱交換器によればより効率的な熱交換が
なされる。

第３図、第４図には本発明の第３の実施例を示し、熱交
換器４は断面長円形のハウジング４０１を有する。ハウ
ジング４０１の前後端は縮径してそれぞれ排気流入口４
０２および排気流出口４０３としである。ハウジング４
０１内には前後の仕切壁４０４．４０５に区画されて熱
交換室４０６が形成され、上記両仕切壁４０４．４０５
間には熱交換室４０６を貫通して多数の排気流通管４０
７が設りて必る。熱交換室４０６には吸気流入口４０８
および吸気流出口４０９が設【づられ、また熱交換ｕ４
０６内には両側壁より交互に他方の側壁近くに至る隔壁
４１０が設けである。

かかる構造の熱交換器によれば、高温の排気が流れる多
数の排気流通管４０７の外面を吸気が蛇行して流れるこ
とにより効率の良い加熱が行なわれる。

第５図、第６図には本発明の第４の実施例を示す。断面
長円形のハウジング４０１内には前後の仕切壁４０４．
４０５に区画されて熱交換室４０６が形成され、該熱交
換室４０６よりハウジング４０１外へ排気流入口４０２
と排気流出口４０３が突出している。ハウジング４０１
の端面と各仕切壁４０４．４０５間には吸気流入口４０
８および吸気流出口４０９が開口しており、上記両仕切
壁４０４．４０５間には熱交換室４０６を貫通して多数
の吸気流通管４１１が設けである。

排気は流入口４０２より熱交換室４０６内に流入し、流
通管４１１を流通する吸気を効率的に加熱する。この時
、熱交換室４０６は拡張型消音器として作用し、排気音
を低減せしめる。

第７図は本発明の第５の実施例を示す。図において、切
換弁６は真空切換弁６２に連結されたアクチュエータ６
１により作動せしめられる。すなわち、アクチュエータ
６１はダイヤフラム６１１とセットスプリング６１２を
有し、真空切換弁６２により選択的に背圧室６１３に供
給される真空圧ないし大気圧に応じてダイヤフラム６１
１が変形移動して、切換弁６を作動せしめる。本実施例
にｃＩ３いては熱交換器４は排気マニホールドを兼ねて
いる。その詳細を第８図に示す。

図において、ハウジング４０１内には上側仕切壁４０４
Ａ、４０４Ｂと下側仕切壁４０５間にそれぞれ熱交換室
４０６Ａ、４０６Ｂが形成され、熱交換室４０６Ａの上
部には吸気流入口４０８が設けられるとともに熱交換室
４０６Ｂの上部には吸気流出口４０９が設けである。そ
して、上記両熱交換至４０６Ａ、４０６Ｂはこれらの下
部で連通している。

上記仕切壁４０４Ａ、４０４Ｂと仕切壁４０５間には熱
交換室４０６Ａ、４０６Ｂを貫通して多数の排気流通管
４０７が設けである。そして、仕切壁４０４Ａの上方に
はエンジンの第１シリンダおよび第２シリンダに至る排
気流入口４１２Ａ、４１２Ｂが設けられ、仕切壁４０４
Ｂの上方には第３シリンダおよび第４シリンダに至る排
気流入口４１２０，４１２Ｄが設けである。仕切壁４０
５の下方には排気流出口４０３が設けられ、これに排気
管３（第７図）が接続される。

吸気は二つの熱交換室４．０６Ａ、４０６Ｂを流通する
間に排気流通管４０７を流れる高温の排気により効率的
に加熱される。本実施例の熱交換器４は排気マニホール
ドを兼ねているから、設置スペースを節約してエンジン
に直接取付けることができ、しかもバイパス管２１（第
７図）の配管長を短くできるから、加温後の吸気の温度
低下も小さくなる。

第９図、第１０図には本発明の第６の実施例を示し、排
気マニホールドを兼ねる熱交換器の他の例を示ヂ。図に
おいて、ハウジング４０１内には仕切壁４０４．４０５
間に熱交換室４０６が形成され、該熱交換室４０６内に
は多数の吸気流通管４１１が貫設されるとともに、熱交
換室４０６の両側壁からは交互に他の側壁近くに至る隔
壁４１０が設けである。そして、熱交換室４０６の上部
には第１ないし第４のシリンダに至る排気流入口４１２
　Ａ　、　　４１２　Ｂ　、　　４１２　Ｃ、４１２Ｄ
　が設【プられ、熱交換室の下部には排気流出口４０３
が設けである。

高温の排気は熱交換室４０６内を蛇行して流通し、この
間に吸気流通管４１１内を流れる吸気を効率良く加温す
る。本実施例によっても上記第５の゛実施例と同様の効
果がある。

第１１図ないし第１３図には本発明の第７の実施例を示
し、第１１図は熱交換器の縦断面図、第１２図はその横
断面図、第１３図は第１１図の水平断面図であり、排気
マニホールドを兼ねる熱交換器の伯の実施例を示す。熱
交換器の形式としていわゆる隔板式熱交換器を使用した
もので、構成として、ハウジング４０１内には仕切壁４
０４．４０５間に熱交換室４０６が形成され、該熱交換
室４０６内には複数の断面長円形の吸気流通管４２０が
置設されている（第１２図）。吸気流通管４２０内部に
はフィン４２１が管壁に接触するように設けである。又
、各吸気流通管４２０の間の排気流路には吸気流通管４
２０の外壁どうしに接触するようにフィン４２２が設け
ておる（第１３図）。この実施例では排気流路方向と吸
気流路方向は直交しておりいわゆる直交流式のものであ
る。

そして、熱交換室４０６の上部には第１ないし第４のシ
リンダに至る排気流入口４１２（４１２Ａ〜４１２Ｄ＞
が設けられ、熱交換室の下部には排気流出口４０３が設
けである。

高温の排気は熱交換室４０６内の吸気流通管４２０外壁
間に設けたフィン４２２の隙間を流れる。

一方、吸気流通管４２０の内部では吸気が吸気流通管４
２０内部のフィン４２１の隙間を流れるため、高温の排
気ガスにて吸気を効率良く加温することができ、熱交換
器を小型化することができる。

尚本実施例では、直交流式の熱交換器としたが、並流、
向流式の熱交換器としても良い。又、排気側のフィン４
２１を無くしても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す制御装置の全体構
成図、第２図は本発明の第２の実施例を示す制御装置の
全体構成図、第３図、第４図は本発明の第３の実施例を
示し、第３図は熱交換器の縦断面図、第４図はその横断
面で、第３図のＩＶ−１ｖ線ｍ１面図、第５図、第６図
は本発明の第４の実施例を示し、第５図は熱交換器の縦
断面図、第６図はその横断面図で、第５図のＶｌ　−Ｖ
ｌ線断面図、第７図、第８図は本発明の第５の実施例を
示し、第７図は制御装置の全体構成図、第８図は熱交換
器の縦断面図、第９図、第１０図は本発明の第６の実施
例を示し、第９図は熱交換器の縦断面図、第１０図はそ
の横断面図で第９図のＸ−Ｘ線断面図、第１１図ないし
第１３図は本発明の第７の実施例を示し、第１１図は熱
交換器の縦断面、第１２図はその横断面図、第１３図は
その水平横断面で、第１１図のｘｍ−ｘｍ線断面図であ
る。１・・・・・・ディーゼルエンジン２・・・・・・吸気管３・・・・・・排気管４・・・・・・熱交換器４１・・・・・・内管４２・・・・・・外管４０６．４０６Ａ、４０６Ｂ・・・・・・熱交換室４０
７・・・・・・排気流通管４１０・・・・・・隔壁４１１・・・・・・吸気流通管４１２．４１２Ａ、４１２Ｂ、４１２Ｃ１４１２Ｄ・・
・・・・排気流入口第１図８３′１第２図第３図第４図第５図第６回第７図第８図第９図第１０図第１１図第１２図第１３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ディーゼルエンジンへの吸気と該ディーゼルエン
ジンからの排気を熱交換壁を介して流通せしめて、排気
熱により上記吸気を加温する熱交換器と、上記ディーゼ
ルエンジンの負荷が小さい場合には上記吸気および排気
を上記熱交換室へ流通せしめ、ディーゼルエンジンの負
荷が大きい場合には上記吸気および排気のいずれかの熱
交換室への流通を停止する制御手段とを具備するエンジ
ン吸気温度の制御装置。
（２）上記熱交換器は多数の排気流通管が貫通する熱交
換室を有し、熱交換室内にはこれを流通する上記吸気を
蛇行せしめる隔壁を設けた特許請求の範囲第１項記載の
エンジン吸気温度の制御装置。
（３）上記熱交換器は多数の吸気流通管が貫通する熱交
換室を有し、該熱交換室はこれに接続される排気管に比
して径を大きくなして、拡張型消音器とした特許請求の
範囲第１項記載のエンジン吸気温度の制御装置。
（４）上記熱交換器は上記ディーゼルエンジンの各シリ
ンダの排気管を集合連結する排気流入口を有して、上記
熱交換器と排気マニホールドを一体となした特許請求の
範囲第１項記載のエンジン吸気温度の制御装置。
（５）上記熱交換器は排気流入口に連通する多数の排気
流通管が貫通する熱交換室を具備している特許請求の範
囲第４項記載のエンジン吸気温度の制御装置。
（６）上記熱交換器を隔板式熱交換器となした特許請求
の範囲第１項あるいは第４項記載のエンジン吸気温度の
制御装置。
（７）上記熱交換器は上記ディーゼルエンジンの各シリ
ンダの排気管を集合連結する排気流入口と、該排気流入
口に連通し、かつ排気を蛇行流通せしめる隔壁を設けた
熱交換室とを具備し、上記熱交換室に吸気流通管を貫設
した特許請求の範囲第１項記載のエンジン吸気温度の制
御装置。